(57)【要約】【課題】  受発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】  （ａ）ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板２１上に絶縁層２２を形成させ、絶縁層２２の一部を除去して基板２１の所定部位を露出させる段階と、（ｂ）基板２１とのｐ−ｎ接合部で電光変換効果を出すように基板２１の露出部にドーパントを塗布し、熱処理して基板２１と反対極性にドーピングされたドーピング層２６を形成する段階と、（ｃ）ドーピング層２６が電気的に連結できるように基板２１に第１電極２８ａ及び第２電極２８ｂを形成させる段階と、を含む受発光素子及びその製造方法。これにより、基板２１内部に基板２１と反対極性であるドーピング層２６の深さを制御しうる。【選択図】            図２Ｇ
2005129928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受発光素子の製造方法において、
（ａ）ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板上に絶縁層を形成させ、前記絶縁層の一部を除去して前記基板の所定部位を露出させる段階と、
（ｂ）前記基板とのｐ−ｎ接合部で電光変換効果を出すように前記基板の露出部にドーパントを塗布し、熱処理して前記基板と反対極性にドーピングされたドーピング層を形成する段階と、
（ｃ）前記ドーピング層が電気的に連結できるように前記基板に第１電極及び第２電極を形成させる段階と、を含むことを特徴とする受発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板はＳｉ、ＳｉＣまたはダイヤモンドのうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の受発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記（ａ）段階は、
基板表面を酸化させて絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層上にＰＲを塗布する段階と、
前記絶縁層の上部にマスクを位置させ、露光、現像、及びエッチングして前記絶縁層の一部を除去する段階と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の受発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記（ｂ）段階は、
前記露出された基板表面及び前記絶縁層上に前記基板に導電性を付与するドーパント物質を塗布する段階と、
熱処理によって前記ドーパント物質を前記基板内部に拡散させる段階と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の受発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記ドーパント物質は、ホウ素またはリンのうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項４に記載の受発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記熱処理温度は、約４００℃以上であることを特徴とする請求項４に記載の受発光素子の製造方法。
【請求項７】
ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板と、
前記基板上に形成され、その一部が除去されて前記基板を露出させる絶縁層と、
前記絶縁層が形成された基板の露出部に塗布されたドーパントの拡散により形成され、前記基板とのｐ−ｎ接合部で電光変換効果を出すように前記基板と反対極性にドーピングされたドーピング層と、
前記ドーピング層に電気的に連結され、前記基板に形成された第１及び第２電極と、を含むことを特徴とする受発光素子。
【請求項８】
前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣまたはダイヤモンドのうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の受発光素子。
【請求項９】
前記ドーパントは、ホウ素またはリンのうち少なくとも何れか一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の受発光素子。
【請求項１０】
前記ドーピング層の厚さは、１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の受発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受発光素子及びその製造方法に係り、より詳細には基板表面を酸化させて形成されたマイクロキャビティとドーパント拡散により量子メカニズムを形成させた受発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン半導体基板には論理素子、演算素子及びドライブ素子などを高い信頼性及び高集積度で集積でき、シリコンが安いので、化合物半導体に比べてはるかに安価で高集積回路を実現できる。したがって、大部分の集積回路はシリコン（Ｓｉ）を基本材料として使用している。
【０００３】
前記のようなシリコンの利点を十分に生かし、集積回路との製造工程上の互換性及び安価の光電子デバイスを具現できるように、シリコンを基礎とした発光素子の製造が多く研究されている。多孔性シリコン及びナノクリスタルシリコンは、発光特性を有していることが実験的に確認され、これに対する研究が進行中である。
【０００４】
図１は、特許文献１に開示された従来技術によるシリコン受発光素子を示す図面である。
【０００５】
図１を参照すれば、従来の受発光素子は、基板１１、前記基板１１の一面に形成されたドーピング層１５、ドーピング層１５に電気的に連結され、前記基板１１に形成された第１及び第２電極１７、１９を含む。そして、ドーピング層１５の形成時にマスクとして機能し、ドーピング層１５を所望の非常に薄い（ｕｌｔｒａ−ｓｈａｌｌｏｗ）厚さに形成させる制御膜１３を前記基板１１の一面にさらに備えうる。前記制御膜１３は、前記ドーピング層１５の形成後に選択的に除去できる。前記基板１１は、シリコン（Ｓｉ）を含む所定の半導体物質、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣまたはダイヤモンドからなり、ｎ型またはｐ型にドーピングされている。
【０００６】
ドーピング層１５は、所定のドーパント、例えば、ホウ素またはリンを前記制御膜１３の開口を通じて前記基板１１内に非平衡拡散工程により注入させて前記基板１１と反対型にドーピングされる。この時、前記ドーピング層１５と前記基板１１との境界部分、すなわち、ｐ−ｎ接合部１４は量子井戸に形成されて量子拘束効果により光電変換効果を出すために前記ドーピング層１５は所望の非常に薄い深さにドーピングされる。理想的な受発光素子におけるドーピング層１５の深さは数十ｎｍである。
【０００７】
前記のようなドーピング深さを持つドーピング層１５を形成させるために、一般的にイオン注入工程を利用する。しかし、イオン注入後に再結晶化を誘導するために熱処理工程を進行するが、この時に注入されたドーパントが基板１１内に深く拡散されて所望のドーピングの深さを制御し難い。
【０００８】
前記問題点を解決するためにドーパントを含む薄膜やドーパントを薄膜として基板上に蒸着し、熱処理して基板内部に拡散させる方法を使用した。この時に用いる薄膜としてＢＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ホウ素シリサイド（Ｂｏｒｏｎ  Ｓｉｌｉｃｉｄｅ）またはホウ素膜（Ｂｏｒｏｎ  Ｆｉｌｍ）などを利用できる。しかし、この場合、熱処理工程で前記ドーパント（ホウ素）が基板内部に１００ｎｍ以上の深さに速く拡散され、１０分の熱処理工程にも３００ｎｍ以上の深さに拡散が起きる。したがって、拡散層を利用して受発光素子を製造する工程においてもドーパントの拡散速度を制御し難い問題点がある。
【特許文献１】国際特許公開ＷＯ０３／０６７６７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、所望の深さのドーピング領域を制御して所望の受発光素子を容易に製造できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、受発光素子の製造方法に係り、（ａ）ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板上に絶縁層を形成させ、前記絶縁層の一部を除去して前記基板の所定部位を露出させる段階と、（ｂ）前記基板とのｐ−ｎ接合部で電光変換効果を出すように前記基板の露出部にドーパントを塗布し、熱処理して前記基板と反対極性にドーピングされたドーピング層を形成する段階と、（ｃ）前記ドーピング層が電気的に連結できるように前記基板に第１電極及び第２電極を形成させる段階と、を含む受発光素子の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明において、前記基板は、Ｓｉ、ＳｉＣまたはダイヤモンドのうち少なくとも何れか一つを含む。
【００１２】
本発明において、前記（ａ）段階は、基板表面を酸化させて絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層上にＰＲを塗布する段階と、前記絶縁層の上部にマスクを位置させ、露光、現像及びエッチングして前記絶縁層の一部を除去する段階と、を含む。
【００１３】
本発明において、前記（ｂ）段階は、前記露出された基板表面及び前記絶縁層上に前記基板に導電性を付与するドーパント物質を塗布する段階と、熱処理によって前記ドーパント物質を前記基板内部に拡散させる段階と、を含む。
【００１４】
本発明において、前記ドーパント物質はホウ素またはリンのうち少なくとも何れか一つを含むことが望ましい。
【００１５】
また、本発明では、ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板と、前記基板上に形成され、その一部が除去されて前記基板を露出させる絶縁層と、前記絶縁層が形成された基板の露出部に塗布されたドーパントの拡散により形成され、前記基板とのｐ−ｎ接合部で電光変換効果を出すように前記基板と反対極性にドーピングされたドーピング層と、前記ドーピング層に電気的に連結され、前記基板に形成された第１及び第２電極と、を含む受発光素子を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、受発光素子の製造工程において、ドーピング工程前に基板上に形成させた絶縁層により基板内部にドーパントの拡散を阻止できる機構を形成させうる。したがって、ドーピング層の深さを数十ｎｍ以下に調節可能であり、ｐ−ｎ接合による量子拘束効果により高い量子効率が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明に係る受発光素子の製造方法についてより詳細に説明する。図２Ａないし図２Ｇは、本発明に係る受発光素子の製造方法を示す断面図である。
【００１８】
図２Ａを参照すれば、まず基板２１上に絶縁層２２を形成させる。基板２１はＳｉ、ＳｉＣなどのＳｉを含む半導体物質やダイヤモンドである。基板２１は、例えばｎ型にドーピングされる。そして、前記絶縁層は酸素を用いて基板２１の表面を酸化させて基板２１表面にＳｉＯ２酸化層などを形成させる。このような工程により基板２１表面には絶縁層２２が形成される。
【００１９】
次に、ドーピング層を形成させる領域に該当する基板２１表面を露出させる。すなわち、図２Ｂに示すように前記絶縁層２２上にＰＲ（フォトレジスタ）２３を塗布する。そして、図２Ｃに示すように、ＰＲ２３上にマスクＭを位置させ、ドーピング層を形成させる領域に対応するＰＲ２３部位を紫外線等で露光する。露光、現像工程を経てエッチングすれば、ドーピング層を形成させる領域２４の基板２１表面が露出される。（図２Ｄ）。
【００２０】
次に、図２Ｅに示すように、絶縁層２２上のＰＲ２３を除去し、基板２１の露出部２４及び絶縁層２２上にドーパントとして使われる物質層２５を形成させる。前記のようにドーパント物質層２５はホウ素またはリンなどが使われうる。例えば、ＢＳＧ膜、ホウ素シリサイドまたはホウ素膜などの薄膜を物質層２５として形成させうる。そして、物質層２５の形成後に熱処理してドーパントを基板２１内部に拡散させる。この時、熱処理温度は約４００℃以上で実施し、望ましくは、約５００℃以上である。
【００２１】
このような拡散により、図２Ｆに示すように、基板２１の露出面の下部には所定の深さに導電性ドーピング層２６が形成される。このようなドーピング層２６は、基板２１と反対極性にドーピングされ、基板２１がｎ型にドーピングされた場合であれば、ドーピング層２６はｐ型にドーピングされる。
【００２２】
この時、ドーピング層２６が形成された基板２１の上部領域２４では、初期に絶縁層２３が形成された部分である。基板２１の上部に、図２Ａに示すように、絶縁層２３にはＳｉＯ２のような酸化膜が存在し、これにより基板内部への拡散が可能であったメカニズム、すなわちＳｉ自己侵入型拡散（ｓｅｌｆ  ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）の量が顕著に減っている状態である。ここで、ドーパントを拡散させる前にこのようなＳｉ自己侵入型拡散の量を減らすための基板前処理を行っても良い。
【００２３】
前記図２Ｄのように、エッチングにより絶縁層２２の一部２４が除去された場合においても露出された基板２１領域の表面には既に拡散のためのＳｉ自己侵入型拡散の絶対量を顕著に減少させたことが本発明の特徴である。したがって、図２Ｅのように、ホウ素などのドーパント物質層２８を塗布し、熱処理した場合にもホウ素などを基板２１内部に深く拡散させないことによって、基板２１の表面から非常に薄い深さ内にだけドーパントが存在するようになる。すなわち、基板２１とドーピング層２６との境界部２７は、基板２１からほぼ数十ｎｍ深さに制御が可能になる。
【００２４】
基板２１とｐ−ｎ接合部２７に量子メカニズムを有する非常に薄いドーピング層２６を形成させるために本発明の拡散工程のみならず、注入工程にも使われうる。しかし、優秀な量子効果を有する受発光素子を製造するためには、前述したように数十ｎｍ、望ましくは、１０〜２０ｎｍ程度の深さを持つドーピング層２６が必要なので、注入工程では容易ではない。
【００２５】
ここで、基板２１はｐ型にドーピングされ、前記ドーピング層２６は基板２１と反対極性、すなわちｎ＋型にドーピングされることもできる。これはドーピングされるドーパントの種類を調節すれば良い。
【００２６】
前記のように、ドーピング層２６が非常に薄い深さに形成されるようにドーピング工程を制御すれば、ドーピング層２６と前記基板２１の境界部分、すなわち、ｐ−ｎ接合部２７に量子井戸、量子点、及び量子線のうち少なくとも何れか一つからなる量子メカニズムが形成されて量子拘束効果による光電変換効果が出せる。また、前記ｐ−ｎ接合部２７には量子井戸、量子点、量子線のうち２種以上を組み合わせた量子メカニズムが形成されてもよい。ｐ−ｎ接合部２７に形成される量子メカニズムに対する詳細な説明はよく知られているので、その詳細な説明は省略する。前記ｐ−ｎ接合部２７に量子メカニズムを形成する非常に薄いドーピングは、前記酸化層２２の形成による侵入型拡散位置を減少させ、またドーピング層２６を形成させる拡散工程条件などを制御することによって形成されうる。
【００２７】
前記のようにドーピング層２６を形成させた後、図２Ｇに示すように電極形成のために、絶縁層２２の上部に導電性物質を形成する。このようにして、図２Ｇのような受発光素子が完成できる。本発明に係る受発光素子を次の通り説明する。
【００２８】
ｎ型またはｐ型にドーピングされた基板２１、前記基板２１の一面に形成され、基板２１とのｐ−ｎ接合によりその接合部で電光変換効果を出すように基板２１と反対極性にドーピングされたドーピング層２６が形成される。ドーピング層２６に電気的に連結され、基板２１に形成された第１及び第２電極２８ａ、２８ｂを含む。また、ドーピング層２６の形成時にマスクとして機能し、ドーピング層２６を所望の非常に薄い厚さに形成させる絶縁層２２を前記基板２１の一面にさらに備えうる。もちろん、絶縁層２２は前記ドーピング層２６の形成後に選択的に除去されうる。
【００２９】
本発明に係る受発光素子においてドーピング層２６は基板に絶縁層２２を形成させ、その一部を除去した後、ドーパントを塗布し、熱処理して形成させたことである。すなわち、ドーピング層２６は所定のドーパント、例えば、ホウ素またはリンを前記絶縁層２２の開口を通じて前記基板２１内に拡散により注入させて基板２１と反対型にドーピングされたことである。絶縁層２２を除去した基板２１の露出部はＳｉ自己侵入型拡散の量が顕著に減少してドーパントの拡散を制限することによって、非常に薄いドーピング層２６を形成させることができる。このようなドーピング層２６の厚さは１００ｎｍより薄い数十ｎｍであり、望ましくは１０〜２０ｎｍ程度である。
【００３０】
前記の説明から多くの事項が具体的に記載されているが、これは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈しなければならない。本発明の範囲は説明された実施形態ではなく特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決まるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、受発光素子の製造産業において広く利用してドーピング層の深さを数十ｎｍ以下に調節でき、ｐ−ｎ接合による量子拘束効果により高い量子効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術による受発光素子を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【図２Ｂ】図２Ａに続く本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【図２Ｃ】図２Ｂに続く本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【図２Ｄ】図２Ｃに続く本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【図２Ｅ】図２Ｄに続く本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【図２Ｆ】図２Ｅに続く本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【図２Ｇ】図２Ｆに続く本発明に係る受発光素子の製造方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００３３】
１１、２１…基板、
１３…制御膜、
１４、２７…ｐ−ｎ接合部、
１５、２６…ドーピング層、
１７、１９、２８ａ、２８ｂ…電極、
２２…絶縁層、
２３…ＰＲ、
２４…ドーピング層が形成される基板の上部、
２５…ドーパント物質層。
【図１】
2005129928.tif 000003
【図２Ａ】
2005129928.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2005129928.tif 000007
【図２Ｅ】
2005129928.tif 000008
【図２Ｆ】
2005129928.tif 000009
【図２Ｇ】
2005129928.tif 000010